CN102560244B - 一种20MnMo钢微合金化及热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种20MnMo钢微合金化及热处理方法，该20MnMo钢微合金化是通过在20MnMo钢中添加有微合金元素Nb，Nb的含量为0.03～0.06。该20MnMo钢热处理方法，是对工件进行正火、淬火、回火处理，选择合适的工艺参数。本发明可以细化晶粒，同时提高20MnMo钢的强度和塑韧性，并通过析出强化与相变强化的方式进一步改善材料性能。

Description

一种20MnMo钢微合金化及热处理方法

技术领域

本发明属于低碳合金钢技术领域，尤其涉及一种Nb微合金化的20MnMo钢及热处理方法。

背景技术

在世界范围内，具有优良焊接性能的低碳合金钢用量大且用途多。20MnMo属压力容器用低碳合金钢，焊接性能良好，广泛应用于中温高压容器，如高压加热器管板、进出口水管、封头、底盖、筒体、等锅炉设备中的核心部件。随着技术进步，对钢铁材料的性能要求不断提高，很多工况下，不仅要求具有高的强度、良好的塑韧性，还应具有低的韧脆转变温度及优良的加工性能。生产中常常出现20MnMo管板、模块等冲击功不稳定而达不到技术要求，造成工件多次返修或报废的情况，据分析这与晶粒粗大有关。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种20MnMo钢微合金化及热处理方法，适用于有效截面100~700mm的工件。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种20MnMo钢微合金化，其化学成分组成以质量百分数计为：C：0.17～0.23、Si：0.17～0.37、Mn：1.10～1.40、P：≤0.025、S：≤0.015、Ni：≤0.30、Cr：≤0.30、Cu：≤0.25、Mo：0.20～0.35；还添加有微合金元素Nb，Nb的含量为0.03～0.06。

微量元素铌被广泛应用于微合金钢中，对钢的性能产生多种影响。主要表现在两个方面：一是在热加工过程中抑制奥氏体的形变再结晶并阻止其晶粒的长大；二是可以通过应变诱导析出碳氮化合物，发挥铌的沉淀强化作用。对于20MnMo低碳低合金钢而言，向钢中添加的合金元素Nb对钢的性能影响非常强烈。少量的Nb在钢中便可起到非常大的作用，Nb细化晶粒，在提高强度的同时，又改善钢的韧性。

一种微合金化20MnMo钢热处理方法，其工艺步骤为：

（1）将工件放入热处理炉内，以40~60℃/h的速度升温至350±10℃保温2~5h，然后再以40~60℃/h的速度升温至600~700℃保温3~8h；

（2）600~700℃保温后，以50-80℃/h的速度升温至淬火温度880~930℃保温3~20h；

（3）将工件从炉中吊出，放入水中淬火10~120min，表面温度≤150℃之后从水中取出，水温控制在≤20℃；

（4）冷却结束后及时装炉回火，以30-60℃/h的速度升温至350~400℃，保温4~8h；

（5）350~400℃保温结束后，以30~60℃/h的速度升温至回火温度580~650℃，保温6~35h，出炉空冷。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

一、经性能热处理后，20MnMo钢及Nb微合金化后的20MnMo钢力学性能如表2所示。

表2  加Nb前后20MnMo钢性能对比

性能	Rm/ Mpa	ReL/ Mpa	A5/%	Z/%	AKV/J(0℃)
						加Nb	745	570	25.5	71.0	121,108,115
未加Nb	590	470	24.5	70.0	150,40,87

二、通过向20MnMo钢中添加微合金元素Nb，既可以抑制奥氏体的形变再结晶并阻止其晶粒的长大；又可以通过应变诱导析出碳氮化合物，发挥铌的沉淀强化作用。加微量Nb元素后可以细化晶粒，同时提高20MnMo钢的强度和塑韧性，并通过析出强化与相变强化的方式进一步改善材料性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

以微合金化20MnMo管板为例，该管板的图纸尺寸为Ф3600×240mm，要求调质处理：R_eL≥370Mpa，R_m =530-700Mpa，A₅≥18，Akv(0℃)≥60J。

该20MnMo管板化学成分（质量百分数）为：C：0.20、Si：0.21、Mn：1.25、P：0.0065、S：0.0047、Ni：0.25、Cr：0.21、Cu:0.004、Mo：0.31、Nb：0.034。

此20MnMo管板的热处理方法，其工艺步骤为：

（1）将工件放入热处理炉内，以40℃/h的速度升温至350℃，保温3h，然后再以50℃/h的速度升温至650℃，保温4h；

（2）650℃保温结束后，以60℃/h的速度升温至淬火温度910℃，保温10h；

（3）将工件从炉中吊出，放入水中淬火90min，表面温度≤150℃之后从水中取出，水温控制在≤20℃；

（4）冷却结束后及时装炉，以40℃/h的速度升温至350℃，保温4h；

（5）350℃保温结束后，以60℃/h的速度升温至回火温度650℃，保温15h，出炉空冷。

按照以上工艺步骤热处理后，管板各项指标均符合要求，如表1所示。

表1   微合金化20MnMo管板热处理性能

性能	Rm/ Mpa	ReL/ Mpa	A5/%	Z/%	AKV/J(0℃)
						技术要求	530-700	370	18		60
实际性能	615	485	27.5	72.5	120，127，130

Claims (1)

1.一种20MnMo钢热处理方法，该20MnMo钢的化学成分组成以质量百分数计为：C：0.17～0.23、Si：0.17～0.37、Mn：1.10～1.40、P：≤0.025、S：≤0.015、Ni：≤0.30、Cr：≤0.30、Cu：≤0.25、Mo：0.20～0.35、Nb：0.03～0.06；其特征是：其工艺步骤为：

（1）将工件放入热处理炉内，以40~60℃/h的速度升温至350±10℃保温2~5h，然后再以40~60℃/h的速度升温至600~700℃保温3~8h；

（2）600~700℃保温后，以50-80℃/h的速度升温至淬火温度880~930℃保温3~20h；

（3）将工件从炉中吊出，放入水中淬火10~120min，表面温度≤150℃之后从水中取出，水温控制在≤20℃；

（4）冷却结束后及时装炉回火，以30-60℃/h的速度升温至350~400℃，保温4~8h；

（5）350~400℃保温结束后，以30~60℃/h的速度升温至回火温度580~650℃，保温6~35h，出炉空冷。